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焊接机器人双目视觉传感器设计硬件选择

时间：2017-06-12 来源：机器人在线阅读：7985

基于主动光源的双目视觉传感系统的原理如图2-6所示。视觉传感器由于需要测量轨迹上点的三维坐标，又因为实际焊接机器人焊接时存在强烈弧光的噪音干扰，虽然本实验无需进行焊接时的实时图像采集，但考虑到传感器的延展性，为了后续版本的焊接实时纠偏，所以传感器的光源考虑用激光，光束为一条窄带，所以也可以称其为结构光。结构光发生器位于焊炬的斜向前上方，斜向下或竖直向下射入焊炬的正下方待焊点，该激光器的位置并没有计算标准，以实际操作中采集到激光图像的清晰度为准进行微调。两CCD摄像机位于工件的上方，用于拍摄光束投射在工件上呈现出的光带，这些图片可以反映坡口的形状、位置以及深度等相关信息，通过相关的图像处理算法，可以得到一些我们所需的焊缝位置以及焊缝点的空间深度信息。

首先，这套系统中尤为关键的是CCD摄像机，摄像机的性能指标决定的焊缝及环境测量的精度以及测量的速度。在本项目中，采用的是MindVision公司的UV 300型CCD摄像机，该相机主要参数如表2-2所示:

当相机选择完毕之后，为了得到清晰稳定的成像，还要对相机适配的镜头进行选型，对于镜头的选型，其中至关重要的参数则是镜头的焦距厂的确定。由小孔成像的原理可知，在相机成像范围内，保持固定的物距，成像面上像的大小与f成正比。同样在f不变的时候，视场角与成像范围成正比。

下面为了得出焦距的大小，首先计算镜头放大倍数，由式(2.1)确定:

其中v是放大倍数，hl为成像面高度，h。为视场高度。在确定了放大倍数的前提下，镜头的焦距可由式(2.2)确定:

在上述公式中Z为物距，即相机镜头到工件之间的距离，是一个随着机械手运动的可变距离，扮焦距，成像面高度和视场高度分别为被摄物体在成像靶面上的高度和实际的高度，当选择物距为200mm时，经过估算以及查询镜头常用的焦距序列，可以得出选择8 mm焦距的镜头是比较适合的选择。

在该视觉系统中，除了相机和镜头之外还包括激光发生器的选择。选择激光器的一个主要参数为该激光器的波长大小。包顺东等人测得了MAG焊不同电流情况下电弧光谱的分布，如图2-9所示:

由上图，可以得到该结论:在可见光波长范围之间(400-760 nm )，以上三种电流下弧焊电弧波长在620-700 nm左右都呈现出光强较小的特征。所以选择该波长附近的激光器，可以得到信噪比较大的激光线束，便于后续的图像处理。所以经过选择，显然650 nm的激光器较为适合实时焊接时候的工况，又由于本项目需要测得空间点的三维特征，所以应该选择线状激光器，根据激光线的轨迹变化，计算得出需要的特征。